Entwurf

Eine Auflistung von Referenzprojekten im Hinblick auf die Projektphase „Entwurf“ im Sinne des Produktentwicklungsprozesses. Es handelt sich dabei um Projekte, in denen Leistungen für Entwicklung und Konstruktion erbracht wurden. Bitte beachten Sie, dass sowohl die inhaltliche als auch bildhafte Darstellung hier stark vereinfacht ist.

Pontons mit Lastabsenk­einrichtung

Bei den Pontons mit Lastabsenkeinrichtung handelt es sich um schwere Ausrüstung zur Platzierung von Schwerkraftfundamenten.

Der Kunde hatte eine Anlegestelle für ein Fährschiff projektiert. Das Fährschiff sollte mit der Laderampe an eine befestigte Anlegestelle fahren und musste dann gegen seitliches Abdriften und Wegdrehen gesichert werden. Hierfür war vorgesehen, hinter dem Heck des Schiffs jeweils seitlich mit Abstand Bojen (Mooring Buoys) zu platzieren, an denen das Heck vertäut werden konnte. 

Die Bojen sollten an einem Fundament (Schwerkraftfundament) befestigt werden, das aus mehreren gegossenen Betonblöcken bestand, die eine Kette bildeten. Diese Betonblöcke, bzw. diese Kette aus Betonblöcken mussten auf dem Seeweg vom mehrere Kilometer entfernten Produktionsstandort zu der geplanten Anlegestelle verbracht und dort in ihrer vorgesehenen Position abgesenkt werden.

Es wurde ein Konzept für Pontons mit Lastabsenkeinrichtung erarbeitet. Mit dem Ponton konnte jeweils ein Betonblock transportiert und über eine einfache Hydraulik ohne zusätzliche Energiequelle abgesenkt werden. Es konnten mehrere Pontons miteinander gekoppelt werden, so dass diese einen Schleppverband bildeten. Die Kette aus Betonblöcken konnte so über den Seeweg geschleppt werden und die Betonblöcke wurden am Einsatzort abgesenkt.

Im Rahmen des Projekts wurde abschließend die Konstruktion und die Zeichnungserstellung durchgeführt.

Vertausch­sicherung für Entnahmelanzen

Der Kunde war mit einer Reinigungsmaschine für medizinische Operationsgeräte (u.a. Endoskope) auf dem Markt vertreten. Die Reinigungsmaschine hatte jedoch eine konzeptionelle Schwäche, so dass es zu einer unbemerkten Fehlbedienung kommen konnte. Dies konnte durch die Entwicklung einer Vertauschsicherung für Entnahmelanzen verbessert werden.

Es gab in der Reinigungsmaschine unterschiedliche Medien für Spül- und Reinigungsvorgänge, die in Kanistern bevorratet wurden. Zur Entnahme durch die Reinigungsmaschine wurden die Kanister mit Entnahmelanzen bestückt. Beim Austauschen der Kanister konnte es jedoch zu einem Vertauschen der Kanister kommen, da sich diese sehr ähnlich sahen und auch die gleiche Anschlussgeometrie besaßen. D.h. im Worst Case konnte der gesamte Reinigungsprozess durchlaufen werden, allerdings mit einer falschen Abfolge der Reinigungs- und Spülmedien.

Kundenseitig wurde ein Anschlussadapter entworfen, der an den Maschinen nachgerüstet werden sollte. Dieser war jedoch aufwändig gestaltet und die Umsetzung mit einem hohen Aufwand verbunden.

Das kundenseitige Konzept wurde verworfen und stattdessen eine einfache, nachrüstbare mechanische Sperre entwickelt, die in Kombination mit einer angepassten Entnahmelanze ein Vertauschen verhindert hat. Die mechanische Sperre konnte als einfaches Spritzgussbauteil in der erforderlichen hohen Anzahl günstig gefertigt werden. Das Projekt „Vertauschsicherung für Entnahmelanzen“ war mit dem Entwurf des Bauteils beendet, der Kunde hat die weitere Umsetzung dieser Lösung vorgenommen.

LUER-Adapter mit Druckausgleich

Das Projekt „LUER-Adapter mit Druckausgleich“ begann kundenseitig mit der Feststellung, dass bei der Erprobung eines Prototypen für eine Reinigungsmaschine für medizinische Operationsgeräte eine konzeptionelle Schwäche in der Maschinensteuerung sichtbar wurde. Ein LUER-Anschluss ist eine in der Medizintechnik weit verbreitete Anschlussform.

Die in der Maschine zu reinigenden Geräte wiesen verschiedene Kanäle unterschiedlichen Durchmessers auf, die jeweils gereinigt und gespült werden mussten. Hierfür wurden maschinenseitig vorhandene Schlauchanschlüsse mit passenden Adaptern an das jeweilige Operationsgerät angeschlossen.

Die Reinigungsmaschine bzw. die Steuerung war so konzipiert, dass sie anhand des Druckwiderstands einer Spül- und Reinigungsleitung erkennen sollte, ob eine Leitung angeschlossen ist oder nicht. Dies hat auch bei der überwiegenden Zahl der Anschlüsse funktioniert, jedoch war ein Anschlusstyp der Operationsgeräte so gestaltet, dass die Anschlussgeometrie bereits maschinenseitig einen so hohen Druckwiderstand erzeugte, dass ein nicht angeschlossener Zustand nicht detektiert werden konnte.

Zur Lösung des Problems wurde ein Anschlussadapter entwickelt, der über eine Kinematik im nicht angeschlossenen Zustand zusätzliche Entlastungsbohrungen freigegeben hat (geringer Druckwiderstand = nicht angeschlossen). Diese Entlastungsbohrungen haben sich beim Anschluss an das Operationsgerät geschlossen, so dass beide Zustände, wie im Konzept der Maschinensteuerung vorgesehen, erkannt werden konnten.

Der Anschlussadapter wurde konstruiert und die Fertigungsunterlagen wurden erstellt. Kundenseitig erfolgte die erfolgreiche Erprobung der Prototypen.

Druckregler PUR-Kleber

Ein Kunde, Anbieter von Maschinen für die Drucktechnik, hatte Probleme mit der Standzeit eines Druckreglers. Der Druckregler wurde in einer Auftragseinheit für PUR-Kleber eingesetzt. Es zeigten sich im Betrieb bereits nach kurzer Zeit Probleme mit defekten Dichtungen, so dass das Konzept des Druckreglers einem Review unterzogen werden sollte.

Es wurden Informationen zu den einzelnen Störungen und Fehlfunktionen gesammelt und die CAD-Konstruktion des Druckreglers untersucht. Wichtig war in diesem Kontext auch das Erfassen der Betriebsparameter in verschiedenen Zuständen. Es konnten mehrere Ursachen für die Fehlfunktionen ausfindig gemacht werden, die einfach zu beheben waren.

So war z.B. der Einsatz einer elektrischen Zuheizung sinnvoll, um den PUR-Kleber bei Inbetriebnahme nicht im Druckregler abzukühlen. Eine weitere konzeptionelle Änderung bestand darin, den mechanischen Verstellbereich des Druckreglers zu erweitern. So konnten Wartungshübe umgesetzt werden, die in der Leerlaufphase des Reglers vorgenommen wurden und Ablagerungen in den Endlagen des Regelbereichs regelmäßig beseitigten.

Die Überarbeitung des Druckreglers wurde parallel zu einem neuen Reglerkonzept vorgenommen und beide Varianten erfolgreich erprobt.

Redesign von Spüladaptern

Für den Reinigungsvorgang von Endoskopen (hier beispielhaft nähere Informationen zur Endoskopreinigung bzw. -aufbereitung) war kundenseitig eine Vielzahl unterschiedlicher Anschlussadapter vorhanden. Der Einkauf dieser Adapter war kostenintensiv und die Funktion der Adapter in einigen Fällen nicht zufriedenstellend. Der Kunde plante zur Diversifizierung seiner Bauteilversorgung ein Redesign von Spüladaptern.

Ein dafür angesetztes Reengineering hatte sowohl die funktionale Nachbildung der Spüladapter als auch technische Verbesserungen zum Ziel. Die Adapter wurden maßlich aufgenommen und in CAD (Siemens NX) konstruiert. Das Dichtungskonzept der Adapter wurde grundlegend überarbeitet. Hierbei wurde auf minimale Kontaktflächen und geringe Reibung Wert gelegt (Ziel war u.a. eine geringe Handkraft zum Einstecken und Abziehen der Adapter).

Die Verbindungsschläuche, die in den Originaladaptern aus Silikonschläuchen mit separater, außenliegender Knickschutzfeder bestanden, wurden durch Schläuche mit entsprechender integrierter Knickschutzfeder ersetzt. Nach erfolgtem Redesign wurden Fertigungsunterlagen für alle Adaptersätze angefertigt. Der erreichte Designstand nach der ersten Iterationsschleife war „Funktionsmuster“.

Justiersystem zur Containerkopplung

Der Kunde verfügte über einen Systembaukasten für Container, die miteinander verbunden (gekoppelt) in verschiedenen Umgebungen eingesetzt werden konnten. Diese Container wurden üblicherweise per LKW an ihren Bestimmungsort verbracht und anschließend mit einem im Fahrzeug integrierten Hubsystem so zueinander ausgerichtet, dass die Verbindungsstellen zueinander positioniert und die Kopplung vorgenommen werden konnte. Diese Kopplung konnte für mehrere nebeneinander angeordnete Container vorgenommen werden. Die Anforderungen an die Genauigkeit der Ausrichtung zueinander war hoch, da nicht ausschließlich über die Containerecken (hier beispielhaft Informationen zu ISO-Gussecken) ausgerichtet wurde. Um eine höhere Genauigkeit, z.B. für die Abdichtungen der Module zueinander, zu erreichen, wurde daher ein Justiersystem zur Containerkopplung benötigt.

Für einen speziellen Anwendungsfall wurde sowohl die Traglast des vorhandenen Systems erhöht und gleichzeitig das Gewicht reduziert sowie zusätzlich ein Positioniersystem konzipiert, dass das Anheben und Ausrichten von Containern mit Handbetätigung, also ohne externe Energiequelle, ermöglichte. D.h. anstelle eines vollständig mit Hubsystem ausgestatteten Transportfahrzeugs konnte der Container nun einfach an seiner ungefähren Position abgesetzt werden und die Positionierung unabhängig vom Fahrzeug vorgenommen werden.

Projektinhalt waren sowohl der Entwurf, die Konstruktion und die Erstellung der Fertigungsunterlagen. Dabei handelte es sich bei dem fahrzeuggebundenen System um eine Variantenkonstruktion, das Justiersystem zur Containerkopplung für den manuellen Betrieb war eine Neuentwicklung.

Unterflur-Deckelstanze

Ein Systemlieferant für Deckelstanzen, die üblicherweise aus einer Förderstrecke und einer oberhalb angeordneten Stanzeinheit bestehen, hat ein Konzept für eine neuartige, kleine Stanze erarbeitet und ein entsprechendes Lastenheft formuliert.

Das neue Konzept besteht aus einem Antrieb, der unterhalb der Förderstrecke angeordnet ist. Dieser treibt über Exzenterwellen zwei Wangen an, die wiederum am Werkzeug ziehen. Die Kinematik ist so ausgelegt, dass die Wangen eine rein translatorische Bewegung vollziehen und die Drehbewegung von der Exzenterwelle an die Wange über Kugelumlaufführungen übertragen wird.

Auf Basis der grundlegenden Systembeschreibungen und den Anforderungen hinsichtlich der Stanzleistung wurde die Antriebseinheit ausgelegt, entworfen und konstruiert, mit dem Ziel, eine Versuchsmaschine für erste Erprobungen des neuen Maschinentyps durchzuführen.

Modularisierung Verholwinden

Für einen Kunden, der Systemlieferant für schiffbauliche Ausrüstung, u.a. für Verholwinden, ist, wurde ein Konzept für eine Modularisierung umgesetzt. Ziel der Modularisierung war es, die Aufwände für die auftragsbezogene Konstruktion (engineering to order) zu reduzieren und dem technischen Vertrieb die Möglichkeit zu geben, aus einem Konfigurator bereits vordefinierte Varianten von Winden verwenden zu können.

Es wurde kundenseitig ein Prototyp für eine Verholwinde entworfen und erprobt, die als Ausgangsbasis für alle weiteren Varianten verwendet wurde. Die marktseitig geforderten Baugrößen und Varianten wurden eruiert und die Grenzen des „Systembaukastens“ festgelegt.

Zur Umsetzung des Variantenbaukastens in CAD musste die Machbarkeit des Modellaufbaus im gewünschten System Solidworks untersucht werden. Hierfür wurden verschiedene Bauteile angelegt und so parametrisiert, dass sie alle erforderlichen Zustände annehmen konnten, die für die Umsetzung der gewünschten Konfigurationen erforderlich waren.

Die Produktstruktur wurde entworfen und die Schnittstellen festgelegt. Auslegung, Entwurf und Konstruktion erfolgten, ausgehend von der größten Baugröße (größte Zugkraft) hin zu den kleiner werdenden Varianten. Dabei mussten auch baugrößenbedingte Sprünge im Design berücksichtigt werden. Zeitgleich zur Konstruktion der einzelnen Varianten wurden zwei unterschiedliche Windendesigns, die aus unterschiedlichen Produktgruppen stammten, harmonisiert.

Abschließend erfolgte die technische Dokumentation (technische Zeichnungen, Stücklisten, Auslegungsdokumente).

Kratzförderer

Im Kundenunternehmen zeigten sich bei einem kürzlich entwickelten Kratzförderer einige konzeptionelle Schwächen. So war z.B. der Antrieb zu schwach ausgelegt, um einen kontinuierlichen Förderbetrieb zu gewährleisten. Darüber hinaus gab es Bereiche, in denen sich Teile des geförderten Materials ansammelten und zu weiteren Reibungsverlusten im Förderer führten.

Der Förderer war so gestaltete, dass er auf Rollen verfahren werden konnte. Jedoch zeigte sich, dass, sobald er von seiner Arbeitsposition weggefahren wurde, eine starke Kopflastigkeit. Es bestand also die Gefahr, dass der gesamte Förderer bei Wartungsarbeiten umfallen und das Personal gefährden könnte.

Auf Basis der bisherigen Unterlagen wurde ein Redesign aufgenommen, dass u.a. darin bestand, die Antriebe größer zu dimensionieren. Darüber hinaus wurden an mehreren Stellen Abweisebleche vorgesehen, die Materialreste des Förderguts gezielt in eine Auffangwanne lenken. Die Kopflastigkeit konnte durch verschiedene konstruktive Änderungen, u.a. eine Verbreiterung des Achsabstands der Transportrollen, behoben werden.

Speicher für Produkt­strom

Ein Systemanbieter für Produktionsmaschinen wollte sein Produktportfolion um einen neuen Maschinentyp erweitern. Es sollte sich dabei um ein Speichersystem handeln. Das letzte, vergleichbare Entwicklungsprojekt lag bereits einige Jahre zurück und das in dem Rahmen entstandene Produkt war technisch aufwändig und kostenintensiv sowohl in der Anschaffung als auch im Betrieb. Darüber hinaus war die für das aktuelle Projekt geplante Speicherkapazität deutlich kleiner, so dass das bisherige Maschinenkonzept dafür zu aufwändig war.

Die grundlegende intralogistische Problemstellung bestand daraus, dass sowohl der eingehende Produktstrom als auch der ausgehende Produktstrom variabel waren und gleichzeitig nach dem First-in-First-Out-Prinzip (FiFo) gespeichert werden sollte. Vor der Ideenfindung wurde eine Patentrecherche und eine Recherche zu am Markt verfügbaren Maschinen durchgeführt, die vergleichbare Einsatzzwecke hatten.

In verschiedenen Kreativ-Sessions, unter anderem in Form von Workshops, gemeinsam mit dem Kunden, wurden verschiedene Lösungsansätze für das Gesamtsystem und bereits für Teilsysteme entworfen. Die Lösungsmenge wurde stark eingeschränkt, da der Produktstrom empfindlich gegen Beschleunigungen, Vibrationen, Umlenkungen und generellen Kontakt war.

Es wurde ein Lösungsansatz ausgewählt, der in ein detailliertes Konzept überführt wurde. Anschließend wurde der Entwurf erarbeitet und ein Prototyp des Speichersystems entwickelt.